ANALISIS ALIRAN PANAS PADA ELECTRICAL

COMPARTMENT BUS LISTRIK PT. MAB UNTUK

MENGHINDARI OVERHEATING MENGGUNAKAN

SOFTWARE CFD

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar

Sarjana Pendidikan Program Studi Pendidikan Teknik Otomotif

Oleh

Deka Danyawan

NIM.5202414080

PENDIDIKAN TEKNIK OTOMOTIF

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

2019

ii

iii

iv

v

MOTTO

From succes, you learn absolutely nothing. from failure and setbacks

conclusions can be drawn. that goes for your private life as well as your

career. Niki Lauda.

If one does not fail at times, then one has not challenged himself. Ferdinand

Porsche.

The most important thing in life will always be family. Dominic Toretto.

vi

SARI

Deka Danyawan 2019. Analisis Aliran Panas Pada Electrical Compartment Bus

Listrik PT. MAB Untuk Menghindari Overheating Menggunakan Software CFD

Dr. M. Burhan Rubai Wijaya M.Pd. Program Studi Pendidikan Teknik Otomotif.

Pengaruh panas pada electrical compartment di Bus Listrik MAB MD-12E

merupakan suatu hal yang perlu diperhatikan, karena kurangnya sumber udara

dalam mendinginkan komponen-komponen electric yang ada di dalam nya. Tujuan

dalam penelitian ini adalah untuk membuat rancangan saluran udara dan

mengetahui distribusi temperaturnya dalam upaya menghasilkan sumber udara

yang lebih. Electrical compartment merupakan sebuah tempat dimana seluruh

komponen electric di tempatkan.

Simulasi sistem pendinginan electrical compartment ini dilakukan secara

komputasi dengan aplikasi CFD (Computational Fluid Dynamics). Variabel bebas

dalam penelitian ini meliputi model, laju aliran massa, panas spesifik, suhu awal

dan akhir, sumber panas, suhu udara, kecepatan udara, pressure dan variabel terikat

berupa distribusi temperatur pada electrical compartment.

Hasil penelitian ini menunjukkan nilai maksimal temperatur paling rendah

terjadi pada desain variasi 2 sebesar 35,98 oC. Dapat disimpulkan bahwa adanya

optimasi pada body dengan menambahkan lubang udara mampu mendinginkan

electrical compartment beserta seluruh komponennya dan dapat menghindari dari

overheating.

Kata Kunci: pengaruh panas, electrical compartment, CFD, temperatur.

vii

PRAKATA

Puja dan puji syukur kepada Allah SWT, yang telah melimpahkan rahmat dan

hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi yang

berjudul “Analisis Aliran Panas Pada Electrical Compartment Bus Listrik PT.

MAB Untuk Menghindari Overheating Menggunakan Software CFD”

Skripsi ini dapat terlaksana berkat bantuan dan dorongan dari semua pihak.

Oleh karena itu dalam kesempatan ini saya menyampaikan terimakasih kepada:

1. Prof. Dr. Fathur Rohman, M.Hum. Rektor Universitas Negeri Semarang.

2. Dr. Nur Qudus, M.T., IPM. Dekan Fakultas Teknik Universitas Negeri

Semarang

3. Rusiyanto, S.Pd., M.T., Ketua Jurusan Teknik Mesin

4. Wahyudi S.Pd, M.Eng., Ketua Program Studi Pendidikan Teknik Otomotif

S1 Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang

5. Dr. M Burhan Rubai Wijaya. M.Pd. Dosen Pembimbing Skripsi

6. Samsudin Anis S.T., M.T.Ph.D., IPP. Dosen Penguji Skripsi 1

7. Angga Septiyanto, S.Pd, MT. Dosen Penguji Skripsi 2

8. Teman-teman PTO 2014

9. Kedua orang tua yang selalu mendoakan dan memberikan semangat

10. Semua pihak yang telah membantu dalam pelaksanaan penyusunan skripsi

ini

Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penulisan skripsi ini,

untuk itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran demi kesempurnaan skripsi

ini. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi saya dan pembaca.

Semarang, 05 Maret 2019

Penulis

viii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ........................................................................................ i

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING .............................................. ii

HALAMAN PENGESAHAN KELULUSAN ................................................. iii

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN .................................................... iv

MOTTO ........................................................................................................... v

SARI ................................................................................................................. vi

PRAKATA ....................................................................................................... vii

DAFTAR ISI .................................................................................................... viii

DAFTAR TABEL ............................................................................................ x

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xi

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xiii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ..................................................................................... 1

1.2 Identifikasi Masalah ............................................................................. 4

1.3 Pembatasan Masalah ............................................................................ 4

1.4 Rumusan Masalah ................................................................................ 5

1.5 Tujuan Penelitian .................................................................................. 5

1.6 Manfaat Penelitian ................................................................................ 5

BAB II KAJIAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

2.1 Kajian Pustaka ...................................................................................... 7

2.2 Landasan Teori ..................................................................................... 9

2.3 Spesifikasi Bus Listrik PT.MAB .......................................................... 27

ix

2.4 Kerangka Pikir ..................................................................................... 28

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Pelaksanaan .......................................................... 30

3.2 Desain Penelitian .................................................................................. 31

3.3 Alat dan Bahan Penelitian .................................................................... 36

3.4 Parameter Penelitian ............................................................................. 37

3.5 Teknik Pengumpulan Data ................................................................... 39

3.6 Kalibrasi Instrumen .............................................................................. 39

3.7 Teknik Analisis Data ............................................................................ 45

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Deskripsi Data ...................................................................................... 47

4.2 Perbandingan Uji Standar ..................................................................... 53

4.3 Pembahasan .......................................................................................... 56

BAB V PENUTUP

5.1 Simpulan ............................................................................................... 62

5.2 Saran ..................................................................................................... 63

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 64

x

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Metode Pengujian ............................................................................ 35

Tabel 4.1 Laju Aliran Desain Variasi 1 ........................................................... 47

Tabel 4.2 Laju Aliran Desain Variasi 2 ........................................................... 48

Tabel 4.3 Perpindahan Panas Pada Desain 1 ................................................... 49

Tabel 4.4 Perpindahan Panas Pada Desain 2 ................................................... 51

Tabel 4.5 Perpindahan Panas Pada Desain Standar ......................................... 54

Tabel 4.6 Data Perbandingan Hasil Analisis.................................................... 58

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Electrical Compartment ............................................................... 19

Gambar 2.2 Baterai .......................................................................................... 19

Gambar 2.3 Battery Management System ........................................................ 20

Gambar 2.4 Inverter ......................................................................................... 22

Gambar 2.5 Fuse Box ....................................................................................... 25

Gambar 2.6 High Voltage Control Box ............................................................ 26

Gambar 2.7 ECU .............................................................................................. 27

Gambar 2.8 Kerangka Pikir.............................................................................. 29

Gambar 3.1 Alur Penelitian.............................................................................. 32

Gambar 3.2 Desain Standar Electrical Compartment ...................................... 33

Gambar 3.3 Desain Variasi 1 ........................................................................... 34

Gambar 3.4 Desain Variasi 2 ........................................................................... 35

Gambar 3.5 Desain/Model pada Inventor ........................................................ 40

Gambar 3.6 Membuka Software CFD 2019 .................................................... 40

Gambar 3.7 Export Desain/Model ................................................................... 41

Gambar 3.8 Geometry Tools Untuk Mengaktifkan Bagian Desain ................. 41

Gambar 3.9 Tampilan Materials ...................................................................... 42

Gambar 3.10 Tampilan Boundary Conditions pada Inlet (Velocity) ................ 42

Gambar 3.11 Tampilan Boundary Conditions pada Inlet (Temperature) ........ 43

Gambar 3.12 Tampilan Boundary Conditions pada Total Heat Generation ... 43

xii

Gambar 3.13 Tampilan Boundary Conditions pada Outlet .............................. 44

Gambar 3.14 Tampilan Meshing ...................................................................... 44

Gambar 3.15 Tampilan Solving........................................................................ 45

Gambar 4.1 Analisis Perpindahan Panas Desain 1 .......................................... 49

Gambar 4.2 Analisis Perpindahan Panas Desain 2 .......................................... 50

Gambar 4.3 Analisis Aliran Fluida di Dalam Desain 1 ................................... 52

Gambar 4.4 Analisis Aliran Fluida di Dalam Desain 2 ................................... 53

Gambar 4.5 Analisis Perpindahan Panas Desain Standar ................................ 54

xiii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Surat Tugas Dosen Pembimbing ................................................. 67

Lampiran 2. Surat Tugas Dosen Penguji.......................................................... 68

Lampiran 3. Drawing Electrical Compartment Desain Standar ...................... 69

Lampiran 4. Drawing Electrical Compartment Desain 1 ................................ 70

Lampiran 5. Drawing Electrical Compartment Desain 2 ................................ 71

Lampiran 6. Electrical Compartment Bus Prototype 2 PT. MAB. .................. 72

Lampiran 7. Tempat Penelitian ........................................................................ 73

Lampiran 8. Dokumentasi Penelitian ............................................................... 73

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perkembangan teknologi transportasi pada zaman sekarang semakin maju.

Berbagai jenis transportasi yang ada sekarang mempermudah aktivitas manusia dari

aspek darat, laut hingga udara. Pada transportasi darat, banyak produsen dari

berbagai merek yang memproduksi kendaraan, antara lain yaitu sepeda motor,

mobil, bus, truk dan lain-lain. Kendaraan tersebut umumnya menggunakan mesin

pembakaran dalam. Salah satu karakter dari mesin pembakaran dalam yaitu

menghasilkan emisi gas buang. Emisi gas buang tersebut mengandung berbagai gas

yang dapat mencemari lingkungan. Menurut Erwin (dalam Sasongko, 2014: 1)

menyebutkan bahwa polusi udara dari kendaraan bermotor, pembangkit listrik,

industry dan rumah tangga menyumbang 70% dengan komposisi kuantitas

karbonmonoksida (CO) 99%, hidrokarbon (HC) sebanyak 89% dan oksida nitrogen

(NOx) sebanyak 73% serta partikulat lainnya yang meliputi timah hitam, sulfur

oksida dan partikel debu.

Peningkatan populasi juga akan menyebabkan kebutuhan akan alat

transportasi turut meningkat. Peningkatan jumlah transportasi ini telah terjadi dan

dapat kita amati di Indonesia. Peningkatan jumlah kendaraan ini tidak dapat

dihindari, maka dari itu harus dilakukan penghematan bahan bakar untuk menekan

emisi gas buang. Polusi udara yang disebabkan oleh transportasi darat yang dinilai

sangat dominan salah satunya adalah gas buang kendaraan bermotor (Irawan,

2006:32). Tujuan paling menantang yang dihadapi industri otomotif adalah

2

mengurangi emisi dan meningkatkan penghematan bahan bakar (Rizzoni, et al.,

1999:246).

Berbagai usaha untuk membantu menekan emisi gas buang telah dilakukan.

Mulai dari memperbanyak angkutan masal, produksi LCGC (Low Cost Green Car),

kendaraan hybrid, maupun bus listrik. Namun dirasa yang paling berpengaruh

untuk dapat mengurangi polusi udara adalah kendaraan berjenis bus listrik karena

kendaraan tersebut sama sekali tidak mengeluarkan polusi udara. Bus listrik telah

meningkatkan performanya dan dibuat sesuai untuk penggunaan komersial dan

domestik selama dekade terakhir (Moreno, et al., 2006:614). Bus listrik jauh lebih

hemat energi dibandingkan dengan bus berbahan bakar konvensional. Efisiensi

keseluruhan bus listrik adalah 48 persen, secara signifikan lebih baik dibandingkan

dengan bus berbahan bakar konvensional yang mencapai efisiensi sekitar 25%

(Rochman dan Sembodo, 2014:62). Bus listrik dapat menghadirkan solusi terbaik

pada sektor transportasi untuk menanggulangi masalah pemanasan global (Heng

dan Razlan, 2015:30).

Salah satu bagian yang paling penting pada bus listrik yaitu electrical

compartment. Electrical compartment adalah bagian yang digunakan untuk

menempatkan komponen-komponen electric. Di dalamnya terdapat komponen

seperti Baterai, Battery Management system (BMS), Electronic Control Unit

(ECU), Inverter, Fuse Box, dan High Voltage Control Box. Semua komponen

tersebut berfungsi sebagai penunjang jalannya bus listrik, maka semua komponen

tersebut harus kita perhatikan untuk menghindari kerusakan.

3

Kerusakan pada komponen electric dapat terjadi karena banyak faktor, salah

satunya temperatur ekstrim. Temperatur tinggi saat beroperasi dapat menurunkan

daya tahan komponen, sehingga masa hidup komponen pada suhu lebih tinggi dari

suhu normal akan lebih kecil. Pada pengetesan awal yang dilakukan dengan kondisi

kendaraan berjalan di kecepatan 25-70 km/h selama 2 jam, didapatkan temperatur

electrical compartment 50 derajat celcius, yang seharusnya suhu maksimal adalah

38 derajat celcius. Hal ini terjadi karena bentuk dari electrical compartment yang

sangat rapat, sehingga panas yang dikeluarkan oleh komponen-komponen

electrical tidak bisa bersikulasi.

Sehingga Jika panas/ temperatur yang ekstrim tersebut dibiarkan maka akan

menimbulkan panas yang berlebih (Overheating). Panas yang berlebihan/ ekstrim

adalah salah satu penyebab berubahnya sifat-sifat mekanis serta bentuk dari

komponen mesin. Sifat serta komponen elektrik pada mobil listrik bila telah

berubah akan menyebabkan kinerja komponen akan terganggu dan mengurangi usia

komponen.

Oleh karena itu, electrical compartment pada bus listrik ini perlu dianalisis

aliran udaranya, sehingga dapat dimodifikasi untuk menemukan aliran udara

terbaik sehingga temperatur komponen-komponen electrical saat beroperasi tidak

ekstrim. Dengan suhu kerja yang tidak ekstrim, diharapkan komponen lebih tahan

lama dengan siklus hidup yang tinggi.

Computational Fluid Dynamics (CFD) merupakan program komputer

perangkat lunak untuk memprediksi dan menganalisis secara kuantitatif aliran

fluida, perpindahan panas dan reaksi kimia. CFD merupakan analisis numerik

4

dengan kontrol volume sebagai elemen dari integrasi persamaan-persamaan, yang

terdiri dari persamaan keseimbangan massa, momentum dan energy.

Penelitian ini menggunakan Computational Fluid Dynamic (CFD) dengan

software AUTODESK CFD untuk menganalisis suhu dan aliran udara pada

electrical compartment dan menggunakan Autodesk Inventor untuk mendesain

permodelan pada electrical compartment.

1.2. Identifikasi Masalah

Berdasarkan uraian latar belakang yang telah dipaparkan, maka dapat

diidentifikasi masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Temperatur tinggi saat beroperasi dapat menurunkan daya tahan

komponen electrical.

2. Komponen elektrik pada mobil listrik bila sifatnya berubah karena panas

akan menyebabkan kinerja komponen akan terganggu.

3. Bentuk dari electrical compartment yang sangat rapat, sehingga panas

yang dikeluarkan oleh komponen electrical tidak bisa bersikulasi dengan

baik.

4. Kurangnya ventilasi pada electrical compartment.

1.3. Pembatasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah :

1. Penelitian ini hanya meneliti suhu/ temperature dan aliran udara pada

electrical compartment.

2. Proses analisa hanya pada bagian dalam electrical compartment.

5

3. Analisis dilakukan hanya pada variasi kecepatan 25 km/h, 50 km/h dan

70 km/h selama 2 jam.

1.4. Rumusan Masalah

Rumusan masalah yang akan dikaji dalam penelitian kali ini adalah :

1. Bagaimanakah distribusi temperature yang terjadi saat ada sumber panas

dengan pendinginan udara yang bergerak pada variasi kecepatan 25

Km/h, 50 Km/h dan 70 Km/h selama 2 jam?

2. Bagaimanakah cara untuk menentukan posisi lubang saluran udara

dengan ideal?

1.5. Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah :

1. Untuk mengetahui distribusi temperature dan aliran udara yang terjadi saat

ada sumber panas dengan pendinginan udara yang bergerak pada variasi

kecepatan 25 km/h, 50 km/h dan 70 km/h selama 2 jam.

2. Untuk menentukan cara mencari posisi lubang saluran udara dengan ideal.

1.6. Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah :

1. Penerapan ilmu pengetahuan yang telah dipelajari di bangku kuliah.

2. Untuk mengembangkan ilmu pengetahuan, terutama dalam bidang

komputasi pemodelan alat penukar kalor.

3. Untuk membuktikan bahwa electrical compartment bus listrik masih dapat

dioptimasi melalui permodelan Autodesk CFD.

6

4. Untuk membuktikan bahwa pendinginan dengan udara dapat

mengoptimalisasi kinerja suatu komponen electric yang terdapat pada bus

listrik.

7

BAB II

KAJIAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

2.1 Kajian Pustaka

Penelitian yang dilakukan oleh Chang, et al (2009:43) yang berjudul “The

Investigation of Motor Cooling Performance”. yaitu melakukan penelitian secara

eksperimen dan numerik menginvestigasi kinerja pendinginan motor. Motor terdiri

dari kipas sentrifugal, dua kipas aksial, poros, stator, rotor dan penukar panas

dengan 637 tabung pendingin. Laju peningkatan laju aliran (PQ) dari kipas

pendingin pada 1800 rpm diuji menggunakan alat uji yang memenuhi Standar

Nasional China 2726. Dibandingkan dengan pengukuran eksperimental, hasil

analisis numerik menunjukkan bahwa kinerja PQ kurva dari kipas aksial dan kipas

sentrifugal dapat diperkirakan sekitar 2% dan 6%. Hasil simulasi menunjukkan

bahwa suhu terhitung dari gulungan stator dekat kipas aksial lebih rendah sekitar

5% dari nilai yang terukur, dan suhu terhitung dari inti stator yang terletak di pusat

stator adalah sekitar 1% lebih tinggi dari nilai yang diukur.

Penelitian yang dilakukan oleh Ihsan (2008:20) yang berjudul “Analisis

bentuk aliran pada kondensor tipe shell dan tube menggunakan simulasi CFD

(computational fluid dynamics)”. Peneliti dapat menganalisis aliran fluida pada

kondensor tipe shell dan tube melalui software CFD.

Penelitian yang dilakukan oleh Anisum, et al (2016:70) yang berjudul “analisis

distribusi suhu dan kelembaban udara dalam rumah jamur (kumbung)

menggunakan computational fluid dynamics (CFD)” menyimpulkan bahwa hasil

simulasi distribusi suhu pada rumah jamur menunjukkan bahwa bangunan dengan

8

evaporative cooler menggunakan air mampu menurunkan suhu udara dan

meningkatkan kelembapan udara dalam rumah jamur dan memiliki hasil yang

seragam dengan pola aliran udara yang terjadi dari inlet menuju outlet.

Penelitian yang dilakukan oleh Hisan, et al (2016:4948) yang berjudul

“Perancangan Dan Realisasi Sistem Manajemen Termal Baterai Lithium Ion

Menggunakan Metode Pendinginan Semi Pasif”. Peneliti Menjelaskan bahwa

baterai adalah salah satu media penyimpan dan penyedia energi melalui reaksi

kimia yang fungsi kerja dan umurnya dipengaruhi oleh suhu. Saat suhu meningkat

dapat memberikan efek yaitu overcharge, short circuit, atau bahkan ledakan pada

baterai.

Penelitian yang dilakukan oleh Firmansyah (2009:25) yang berjudul

“Analisis Perpindahan Panas Pada Pendingin CPU Dengan Menggunakan Metode

Elemen Hingga”. Disitu dijelaskan bahwa manajemen thermal adalah bagian

penting dari proses desain kebanyakan perangkat elektronik. Manajemen panas

penting baik pada tingkat komponen dan tingkat sistem yang memainkan peran

penting dalam perangkat kualitas, efisiensi, dan, di atas segalanya, itsreliability.

Menurut penelitian yang dilakukan oleh Ahn, et al (2009:1) yang berjudul

“Cooling System For Battery Pack”. Yaitu membahas tentang Sistem pendinginan

battery memiliki efek menghilangkan panas secara efektif yang dihasilkan dari

battery cells dengan memasok zat pendingin (refrigerant) ke battery cells pada laju

aliran yang konstan, dan meminimalkan perbedaan suhu battery cells selama proses

pendinginan. Hal ini bertujuan untuk mencegah penurunan kinerja battery cells

serta mencapai kontrol suhu optimal.

9

2.2 Landasan Teori

2.2.1 Perpindahan Panas

Menurut Khuriati (2007: 69) Perpindahan kalor dapat dibagi menjadi 3 yaitu

hantaran konduksi, konveksi, dan radiasi. Perpindahan kalor yang terjadi karena

perbedaaan suhu disebut hantaran kalor, umumnya konduktor listrik yang baik juga

konduktor kalor yang baik pula. Panas telah diketahui dapat berpindah dari tempat

dengan temperatur lebih tinggi ke tempat dengan temperatur yang lebih rendah.

Hukum percampuran panas juga terjadi karena panas itu berpindah, sedangkan pada

kalorimeter, perpindahan panas dapat terjadi dalam bentuk pertukaran panas

dengan luar sistem. Jadi pemberian atau pengurangan panas tidak saja mengubah

temperatur atau fasa zat suatu benda secara lokal, melainkan panas itu merambat ke

atau dari bagian lain benda atau tempat lain. Peristiwa itu disebut perpindahan

panas.

Cengel, (2008:17) panas didefinisikan sebagai bentuk energi yang dapat

ditransfer dari satu sistem ke sistem lainnya sebagai akibat dari perbedaan suhu.

Analisis termodinamika berkaitan dengan jumlah perpindahan panas sebagai suatu

sistem yang mengalami proses dari satu keadaan setimbang ke keadaan lain. Ilmu

yang berkaitan dengan penentuan tingkat transfer energi seperti itu adalah transfer

panas. Perpindahan energi sebagai panas selalu dari media suhu tinggi ke suhu yang

lebih rendah, dan transfer panas berhenti ketika dua media mencapai suhu yang

sama. Panas dapat ditransfer dalam tiga cara yang berbeda: konduksi, konveksi, dan

radiasi. Semua cara perpindahan panas memerlukan adanya perbedaan suhu, dan

semua cara berasal dari medium bersuhu tinggi ke suhu yang lebih rendah.

10

Disini peneliti mengamati peristiwa berlangsungnya perpindahan panas itu.

Kalau peneliti menganggap perpindahan panas berlangsung secara mengalir

analogi dengan aliran listrik atau aliran fluida, maka aliran panas itu dinamakan

arus panas. Mendefinisikan arus panas ini sebagai jumlah tenaga panas per satuan

waktu atau daya panas melalui penampang tegak lurus kepada arah arus. Oleh sebab

itu arus panas rata-rata adalah:

H̅ = ∆𝑄

∆𝜏 ....................... (2.1)

dengan Δτ sebagai waktu perpindahan panas yang dipandang.

Karena arus panas dapat berubah-ubah menurut waktu, maka arus panas pada

setiap saat adalah:

H= lim∆𝜏→0

∆Q

∆𝜏 =

dQ

dτ ......... (2.2)

Perpindahan panas dapat diketahui melalui perubahan temperatur. Oleh

karenanya perlu ditentukan hubungan antara arus panas dan perubahan atau

perbedaan temperatur. Bagi kalorimeter yang mengalami pertukaran panas dengan

luar sistem, akibat perpindahan panas, Newton memberikan suatu koreksi yang

dikenal sebagai hukum pendinginan atau pemanasan Newton.

11

2.2.1.1. Konduksi

Perpindahan panas secara konduksi adalah perpindahan energi yang terjadi

pada medium yang diam (padat atau zat yang dapat mengalir) apabila terdapat

gradien temperatur dalam medium tersebut.

Menurut Haryadi dan Mahmudi (2012: 5) menyatakan bahwa perpindahan

panas konduksi, dimana proses perpindahan panas terjadi antara benda atau

partikel-partikel yang berkontak langsung, melekat satu dengan yang lainnya; tidak

ada pergerakkan relatif diantara benda-benda tersebut. Misalnya panas yang

berpindah di dalam sebuah batang logam akibat pemanasan salah satu ujungnya.

qx = - k A 𝑑𝑇

𝑑𝑥 ................... (2.3)

dimana:

𝑞𝑥 = Laju perpindahan panas (W)

dT/𝑑𝑥= Gradien Temperature terhadap jarak dalam arah aliran panas x

A = Luas Permukaan benda ( 𝑚2)

k = Konduktifitas termal (W/m 𝐶 0 )

2.2.1.2 Konveksi

Konveksi panas terjadi karena partikel zat yang mempunyai temperatur lebih

tinggi berpindah tempat secara mengalir sehingga dengan sendirinya terjadi

perindahan panas melalui perpindahan massa. Perpindahan panas konveksi terjadi

antara permukaan dengan fluida yang mengalir apabila keduanya mempunyai

temperatur yang berbeda ketika fluida melaju melalui benda padat, dan dengan

temperatur yang berbeda. Perpindahan kalor terjadi antara fluida dan permukaan

12

padat sebagai hasil dari pergerakan fluida.

Perpindahan panas secara konveksi dibagi menjadi dua, yaitu:

1. Konveksi Paksa (Forced Convection) Terjadi jika pergerakan fluida disebabkan

oleh mekanisme dari luar secara paksa seperti oleh blower, pompa, atau fan.

2. Konveksi Alami (Free Convection) Terjadi jika pergerakan fluida dikontrol

sebagai hasil dari perbedaan massa jenis (densitas) yang disebabkan oleh

perbedaan temperatur diantara fluida.

Laju perpindahan panas dengan cara konveksi antara suatu permukaan dengan

suatu fluida dapat dihitung dengan persamaan sebagai barikut:

𝑞𝑐 = ℎ𝑐. A. ∆𝑇 ................ (2.4)

Dimana:

𝑞𝑐 = Laju perpindahan panas (W).

ℎ𝑐 = Koefisien perpidahan panas konveksi (W/𝑚2) K).

A = Luas penampang (𝑚2).

∆T = Beda antara suhu permukaan dengan suhu fluida (K).

2.2.1.3 Radiasi

Radiasi adalah energi yang dipancarkan oleh materi dalam bentuk gelombang

elektromagnetik (atau foton) sebagai akibat dari perubahan dalam konfigurasi

elektronik atom atau molekul. Tidak seperti konduksi dan konveksi, transfer energi

oleh radiasi tidak memerlukan kehadiran media intervensi. Bahkan, transfer energi

dengan radiasi paling cepat (pada kecepatan cahaya) dan tidak mengalami redaman

dalam ruang hampa. Beginilah bagaimana energi matahari mencapai bumi (Cengel,

2008:27).

13

Setiap benda bisa menyerap kalor yang dipancarkan secara radiasi. Akan tetapi

yang menentukan daya serap dan daya bukanlah jenis bahan benda tersebut

melainkan warnanya. Semakin hitam sebuah benda maka benda tersebut akan

cenderung semakin menyerap panas yang dipancarkan melalui radiasi. Kehitaman

inilah yang disebut sebagai emisivitas bahan. Laju penyerapan kalor yang

dipancarkan secara radiasi dirumuskan:

q = 𝜎 e A T4 ............................... (2.5)

Dimana:

e = emisivitas bahan

𝜎 = konstanta Setfan-Boltzman σ = 5,67 x10-8 C

A = luas permukaan benda

T = suhu dalam Kelvin

2.2.2 Aliran Fluida

Aliran fluida (termasuk uap air dan gas) dibedakan dari benda padat karena

kemampuannya untuk mengalir. Fluida lebih mudah mengalir karena ikatan

molekul dalam fluida jauh lebih kecil dari ikatan molekul dalam zat padat,

akibatnya fluida mempunyai hambatan yang relatif kecil pada perubahan bentuk

karena gesekan. Zat padat mempertahankan suatu bentuk dan ukuran yang tetap,

sekalipun suatu gaya yang besar diberikan pada zat padat tersebut, zat padat tidak

mudah berubah bentuk maupun volumenya, sedangkan zat cair dan gas, zat cair

tidak mempertahankan bentuk yang tetap, zat cair mengikuti bentuk wadahnya dan

volumenya dapat diubah hanya jika diberikan padanya gaya yang sangat besar.

14

Gas tidak mempunyai bentuk maupun volume yang tetap, gas akan menyebar

dan mengisi seluruh wadah yang ditempatinya (Olson dan Wright). Karena fase cair

dan gas tidak mempertahankan suatu bentuk yang tetap, keduanya mempunyai

kemampuan untuk mengalir. Dengan demikian kedua nya sering secara kolektif

disebut sebagai fluida.

2.2.2.1 Klasifikasi Aliran

Banyak kriteria yang dapat digunakan untuk mengklasifikasikan fluida

sebagai contoh aliran dapat digolongkan sebagai aliran steady dan unsteady, satu,

dua, atau tiga dimensi, seragam atau tidak seragam laminer atau turbulen dan dapat

mampat atau tidak dapat mampat. Selain itu, aliran gas ada yang subsonik,

transonik, supersonik atau hipersonik, sedangkan zat cair yang mengalir disalurkan

terbuka ada yang sub kritis, kritis atau super kritis.

Namun secara garis besar dapat dibedakan atau dikelompokan jenis aliran

adalah sebagai berikut :

1. Aliran tunak (steady)

Suatu aliran dimana kecepatannya tidak terpengaruh oleh perubahan waktu

sehingga kecepatan konstan pada setiap titik (tidak mepunyai percepatan).

2. Aliran seragam (uniform)

Suatu aliran yang tidak terjadi perubahan baik besar maupun arah, dengan kata

lain tidak terjadi perubahan kecepatan dan penampang lintasan.

15

3. Aliran tidak tunak (unsteady)

Suatu aliran dimana terjadi perubahan kecepatan terhadap waktu.

4. Aliran tidak seragam (non uniform)

Suatu aliran yang dalam kondisi berubah baik kecepatan maupun penampang

berubah.

2.2.2.2 Tipe-tipe Aliran

a. Aliran Laminer

Aliran laminer didefinisikan sebagai aliran dengan fluida yang

bergerak dalam lapisan-lapisan atau lamina-lamina dengan satu lapisan

meluncur secara lancar. Dalam aliran laminer ini viskositas berfungsi untuk

meredam kecenderungan terjadinya gerakan relatif antara lapisan, sehingga

aliran laminer memenuhi pasti hukum viskositas Newton yaitu :

du τ = μ ̶ ̶̶̶ ̶ ………(2.6)

dy

Aliran laminer ini mempunyai nilai bilangan Reynoldsnya kurang dari 2300.

b. Aliran Transisi

Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminer ke aliran

turbulen. Ketika kecepatan aliran itu bertambah atau viskositasnya berkurang

(dapat disebabkan temperatur meningkat) maka gangguan-gangguan akan

terus teramati dan semakin membesar serta kuat yang akhirnya suatu keadaan

peralihan tercapai. Keadaan peralihan ini tergantung pada viskositas fluida,

kecepatan dan lain-lain yang menyangkut geometri aliran dimana nilai

bilangan Reynoldsnya antara 2300 sampai dengan 4000.

16

c. Aliran Turbulen

Aliran turbulen didefinisikan sebagai aliran yang dimana pergerakan

dari partikel-partikel fluida sangat tidak menentu karena mengalami

percampuran serta putaran partikel antar lapisan, yang mengakibatkan saling

tukar momentum dari satu bagian fluida ke bagian fluida yang lain dalam

skala yang besar dimana nilai bilangan Reynoldsnya lebih besar dari 4000.

Dalam keadaan aliran turbulen maka turbulensi yang terjadi membangkitkan

tegangan geser yang merata di seluruh fluida sehingga menghasilkan

kerugian-kerugian aliran.

2.2.3 Computational Fluid Dynamics (CFD)

Computational Fluid Dynamics (CFD) merupakan program komputer

perangkat lunak untuk memprediksi dan menganalisis secara kuantitatif aliran

fluida, perpindahan panas, transpor fenomena dan reaksi kimia (Al-Kindi, et al.,

2015:11).

Analisis aliran fluida dalam suatu sistem dengan CFD merupakan analisis

numerik dengan kontrol volume sebagai elemen dari integrasi persamaan-

persamaan, yang terdiri dari persamaan keseimbangan massa, momentum dan

energy. CFD mencakup berbagai teknologi termasuk matematika, ilmu komputer,

teknik dan fisika, dan disiplin ilmu ini harus disatukan untuk menyediakan sarana

pemodelan aliran fluida (Shaw, 1992). CFD semakin menjadi komponen penting

dalam desain produk dan proses di dunia industri (Versteeg dan Malalasekera,

2007:1). Dalam CFD penggunaan komputer sangat vital karena harus melakukan

17

jutaan perhitungan untuk mensimulasikan interaksi fluida dan gas yang digunakan

pada bidang engineering (Ihsan, 2018:20)

Keuntungan menggunakan CFD antara lain (Xia dan Sun, 2002:7):

1. Memberikan pemahaman rinci tentang distribusi aliran, kekurangan berat,

perpindahan panas dan massa, pemisahan partikulat dan lain-lain sehingga dapat

memberikan perencanaan rancang bangun yang lebih baik.

2. Memungkinkan untuk mengevaluasi perubahan geometrik dengan sedikit waktu

dan biaya.

3. Dapat menjawab banyaknya pertanyan “bagaimana kalau” dalam waktu singkat.

4. Mengurangi masalah peningkatan skala karena model berdasarkan dari fisika

dasar dan skala yang independen

5. Sangat berguna dalam kondisi simulasi dimana tidak mungkin untuk mengambil

pengukuran inci, seperti suhu tinggi atau lingkungan yang berbahaya.

6. Dapat mengetahui akar penyebab bukan hanya efek saat evaluasi masalah dalam

perencanaan.

Pada prinsipnya, ada tiga tahap yang harus dilakukan untuk menggunakan CFD,

yaitu sebelum proses, saat proses, dan setelah proses.

1. Tahap 1 adalah tahap sebelum proses. Semua proses yang dilakukan sebelum

proses masuk pada langkah sebelum proses. Masalah pada langkah ini antara

lain thinking, meshing, dan pembuatan suatu model komputasi atau model

perhitungan. Sebelum simulasi dilakukan, terlebih dahulu memikirkan tentang

fisik dari masalah yang akan dihadapi. Pada tahap thinking, analisis harus

tentang masalah tersebut. Tahap meshing menciptakan bentuk domain masalah

18

yang akan di analisis. Hal ini biasanya diakukan dengan program computer aided

design (CAD). Dimungkinkan untuk mengimpor data yang dihasilkan oleh

program CAD ke CFD. Kemudian domain masalah dibagi-bagi menjadi

beberapa sel, disebut juga volume dan elemen. Kebanyakan paket CFD memiliki

program untuk melakukan meshing dan menentukan bentuk secara bersamaan.

Kecanggihan CFD antara lain : mendefinisikan grid points, dan juga volume dan

elemen, mendefinisikan batas-batas geometri, menerapkan kondisi batas,

menentukan kondisi awal, pengaturan sifat fisik fluida dan pengaturan parameter

kontrol numerik.

2. Tahap 2 adalah tahap saat pengolahan, tahap ini melibatkan komputer

memecahkan persamaan matematika aliran fluida. Setelah meshing selesai, nilai-

nilai model input harus ditetapkan dan kemudian CFD dapat memecahkan

persamaan untuk setiap sel hingga suatu konvergensi yang bisa diterima dicapai.

Proses ini membutuhkan komputer untuk memecahkan ribuan persamaan.

Persamaan diintegrasikan dan kondisi batas yang diterapkan persamaan ini.

Proses ini membutuhkan waktu yang lama tergantung banyaknya meshing yang

dibuat.

3. Tahap 3 adalah tahap setelah pengolahan, tahap ini mengevaluasi data hasil

CFD. Model yang telah diselesaikan oleh CFD dapat dianalisis dengan numerik

dan grafis. CFD dapat membuat visualisasi dari yang sederhana grafik 2-D

hingga gambar 3-D. Arah dari aliran fluida sangat mempengaruhi efisiensi

pembuangan panas pada electrical compartment.

19

2.2.4 Electrical Compartment

Gambar 2.1 Electrical Compartment

Electrical Compartment adalah suatu bagian dari bodi bus yang digunakan

untuk menyimpan komponen-komponen elektrik penunjang bus listrik.

Diantaranya yaitu:

1. Baterai

Gambar 2.2 Baterai

Baterai atau accumulator adalah sebuah sel listrik dimana di dalamnya

berlangsung proses elektrokimia yang reversible (dapat berbalikan) dengan

efisiensinya yang tinggi. Reversible dapat diartikan dalam baterai terjadi proses

20

pengubahan kimia menjadi tenaga listrik (proses pengosongan), dan sebaliknya dari

tenaga listrik menjadi tenaga kimia (proses pengisian). Pengisian kembali baterai

dengan cara regenerasi dari elektroda – elektroda yang dipakai, yaitu dengan

melewatkan arus listrik dalam arah (polaritas) yang berlawanan di dalam sel (Afif,

2015:95). Baterai memiliki peran penting dalam perkembangan kebutuhan energi.

Peforma baterai yang baik, akan mendukung perangkat yang ditunjangnya. Energi

yang dapat disimpan baterai jumlahnya terbatas, maka baterai akan mengalami

siklus charge dan discharge (Farizy, et al., 2016:278).

Pengelolaan panas baterai sangat penting dalam mencapai performa dan masa

pakai baterai yang lebih lama dalam kendaraan listrik dan hybrid dengan kondisi

berkendara keseharian. Pemodelan yang tepat untuk memprediksi kerusakan sistem

baterai pada kendaraan membantu membuat keputusan untuk memperbaiki suatu

desain dan mempersingkat proses pengembangan (Kim dan Pesaran, 2007:126).

2. BMS (Battery Management System)

Gambar 2.3 Battery Management System

Battery management system (BMS) adalah penghubung utama antara motor

sebagai penggerak dan baterai sebagai penyedia energi. BMS yang baik akan

21

mengoptimalkan pengoperasian mobil yang efisien dan aman dan menjamin

terjaganya baterai sehingga berumur lebih lama.

Sejak tahun 1994 sampai sekarang, National Energy Resilience Agency

(NREL), Amerika Serikat mengembangkan teknologi baterai terutama untuk

meningkatkan siklus hidup (life cycle) dan umur baterai. NREL menggaris bawahi

bahwa untuk dapat diterima oleh konsumen secara luas, baterai harus dapat

bertahan antara 10 sampai 20 tahun dalam pemakaian yang normal. Jika hal itu

tidak dapat diwujudkan, dikhawatirkan pemakaian mobil listrik akan mengalami

saturasi dengan tidak adanya permintaan di tahun‐tahun mendatang. Salah satu

yang harus dijaga untuk meningkatkan siklus hidup dan umur baterai adalah dengan

BMS yang efisien.

Seperti halnya pada mobil pada umumnya, BMS harus menyediakan

informasi untuk mengetahui level energi yang masih tersedia dalam baterai, dan

memprediksi sampai kapan atau berapa kilometer lagi energi dapat bertahan. Selain

itu karena sifatnya yang kimiawi, baterai harus dijaga jangan sampai terjadi reaksi

diisi terlalu lama (overcharging) karena akan menimbulkan reaksi kimiawi yang

tidak dapat balik (irreversible) yang mengakibatkan matinya sel‐sel dalam baterai

sehingga menyebabkan penurunan performa dan kapasitas penyimpanan energi

pada baterai. Pada beberapa kasus, overcharging dapat menyebabkan terjadinya

kebakaran yang dapat membahayakan keselamatan jiwa manusia. Di lain pihak,

baterai juga harus dijaga dari reaksi terbeban lebih yang menyebabkan arus berlebih

(overcurrent) dan tegangan berlebih (overvoltage) yang secara kimiawi juga dapat

berpotensi merusak baterai. Suhu baterai juga harus selalu dijaga dan dimonitor

22

untuk menjaga performa yang optimal dari baterai dan melindungi dari bahaya yang

mungkin muncul misalnya kebakaran. BMS juga di lain pihak harus mampu

memberi peringatan kepada pengemudi tentang keadaan‐keadaan yang darurat

yang memerlukan tindakan khusus

3. Inverter

Gambar 2.4 Inverter

Inverter (converter DC to AC) merupakan suatu perangkat yang dipakai

untuk mengubah daya arus searah (Direct Current) menjadi daya arus bolak-balik

(Alternating Current), yang tegangan dan frekuensinya dapat diatur (presisi).

Tegangan bolak-balik yang dihasilkannya berbentuk gelombang persegi dan pada

pemakaian tertentu diperlukan filter untuk menghasilkan bentuk gelombang sinus.

Pada umumnya suatu inverter terdiri dari rangkaian jembatan thyristor dan

rangkaian pengatur penyalaan. Rangkaian pengatur penyalaan digunakan untuk

mengatur tegangan dan frekuensi yang dihasilkan oleh inverter. Perioda pulsa yang

memacu thyristor akan menentukan frekuensi yang dihasilkan, sedangkan tegangan

efektifnya ditentukan oleh lebar pulsa tersebut.

23

Berdasarkan bentuk gelombang keluarannya terdapat dua jenis inverter

yaitu:

1. Inverter dengan tegangan dan frekuensi keluaran konstan. Biasanya daya

masukan system arus searah yang masuk ke inverter konstan dan tidak

terbatas.

2. Inverter dengan tegangan dan frekuensi keluaran berubah-ubah. Pada

umumnya perbandingan tegangan dan frekuensi keluaran tetap

dipergunakan bila sumber daya searah terbatas karena ketidakmampuan

pembangkit listrik untuk menghasilkan tegangan yang konstan. Contohnya

seperti pada pembangkit listrik tenaga surya (foto voltaic). Prinsip kerjanya

sama seperti inverter yang pertama, kecuali terdapat rangkaian yang dapat

mengubah besar perubahan tegangan menjadi perubahan frekuensi

keluaran.

Perbandingan tegangan dan frekuensi keluaran inverter dijaga tetap dengan

mengubah-ubah jumlah pulsa pemicu pada setiap siklus sinusoidal. Jika tegangan

masuk ke inverter besar, maka perioda gelombang sinusoidal diperkecil agar daerah

yang dibatasi oleh tegangan dan waktu selalu konstan. Dengan demikian daerah

volt detik yang dibatasi oleh setengah siklus gelombang tegangan keluar harus sama

pada semua frekuensi.

Beban tahanan murni atau induktif sebuah konverter harus menghasilkan

tegangan output dan frekuensi yang konstan. Salah satu aplikasinya adalah pada

elektro lokomotif yang modern atau pengendalian mesin.

24

Metode pemicuan dengan saklar elektronik bertujuan untuk mengatur besar

dan bentuk gelombang keluaran inverter. Salah satu cara penyalaan dan

pemadaman yang digunakan adalah modulasi lebar pulsa, yakni dengan

membangkitkan gelombang tegangan kotak dengan amplitude yang sama untuk

membuka dan menutup saklar elektronik dengan cepat secara bergantian. Prinsip

kerja modulasi lebar pulsa adalah dengan membandingkan gelombang acuan

berbentuk sinusoidal dengan gelombang pembawa berbentuk segitiga sama kaki.

Sehingga dengan demikian saklar bekerja berganti-gantian akan

menghasilkan tegangan bolak-balik yang berbentuk persegi yang besarnya

ditentukan oleh sumber, dan frekuensinya ditentukan oleh kecepatan perpindahan

saklar. Inverter sederhana yang menggunakan saklar mekanik memiliki banyak

kekurangan dan kesukaran, oleh karena itu perlu dikembangkan. Thyristor dan

kapasitor dapat digunakan sebagai pengganti saklar mekanik tersebut.

Penyalaan kedua thyristor pada saat yang bersamaan akan menyebabkan

terjadinya hubungan singkat pada jepitan sumber. Gelombang yang terjadi

berbentuk gelombang persegi dan bila diperlukan dapat dibuat menjadi gelombang

sinus melalui proses filtrasi dengan menggunakan filter.

25

4. Fuse Box

Gambar 2.5 Fuse Box

Bagian yang berfungsi sebagai tempat berkumpulnya seluruh sekering dari

sistem kelistrikan pada electric bus. Didalam fuse box terdapat berbagai macam

sekering dari mulai 10A,15A hingga 30A. Pengertian dari sekering adalah

komponen yang berfungsi sebagai pengaman dalam rangkaian elektronika maupun

perangkat listrik. Fuse (sekering) pada dasarnya terdiri dari sebuah kawat halus

pendek yang akan meleleh dan terputus jika dialiri oleh arus listrik yang berlebihan

ataupun terjadinya hubungan arus pendek (short circuit) dalam sebuah peralatan

listrik/elektronika. Dengan putusnya fuse (sekring) tersebut, arus listrik yang

berlebihan tersebut tidak dapat masuk ke dalam rangkaian elektronika sehingga

tidak merusak komponen-komponen yang terdapat dalam rangkaian elektronika

yang bersangkutan. Karena fungsinya yang dapat melindungi peralatan listrik dan

peralatan elektronika dari kerusakan akibat arus listrik yang berlebihan, fuse atau

sekering juga sering disebut sebagai pengaman listrik.

26

5. High Voltage Control Box

Gambar 2.6 High Voltage Control Box

Kotak pengontrol tegangan tinggi adalah suatu perangkat yang berfungsi

sebagai tempat distribusi pengaturan tegangan tinggi untuk mensuplai aliran listrik

ke seluruh sistem, atau sebagai penghubung antara sistem sel pada baterai dengan

system listrik tegangan tinggi pada kendaraan listrik atau hibrida.

Elemen yang terdapat pada high voltage control box diataranya yaitu, elemen

pemisah, sekering, pengukur dan kontrol elektronik. Bagian sentral dari kotak

pengontrol tegangan tinggi adalah unit pengontrol baterai yang berfungsi untuk

merekam semua data yang valid pada sistem seperti sensor tegangan dan daya/

pengontrol sel. Sensor arus/tegangan, singkatnya, menentukan data yang tepat

untuk mengatur baterai dan sebagai indikator status pengisian baterai bertegangan

tinggi.

Selain sensor arus / tegangan, kotak kontrol tegangan tinggi berisi kontrol

untuk mengatur panas pada listrik baterai tegangan tinggi, serta komponen

elektronik tambahan yang bertanggung jawab untuk membuka dan menutup sirkuit

27

tegangan tinggi, pada saat start kendaraan serta perlindungan untuk terhindar dari

kerusakan.

6. ECU

Gambar 2.7 ECU

Electronic Control Unit (ECU) adalah microcomputer yang berfungsi

mengkoreksi, menghitung dan menerima seluruh informasi/data atau sinyal yang

diterima dari masing-masing sensor yang ada dalam electric bus. Informasi yang

diterima tersebut antara lain berupa informasi mengenai temperatur udara,

temperatur semua komponen electric bus, temperatur cairan pendingin motor,

tekanan udara untuk air suspension serta air brake, putaran motor, dan informasi

lainnya.

2.3 Spesifikasi Bus Listrik PT.MAB

2.3.1 General Specifications

a. Product Name : E-Bus 12M

b. Max Speed (km/h) : 70

c. Mileage : 250 km/Charging

d. Time Charging : 3 hours (0-100%)

e. Passenger Capacity : 60 Persons

28

2.3.2 Motor

a. Series : HYYQ 800-1200

b. Type : Electrical Motor PMSM

c. Max Power : 200 KW / 268 hp

d. Max Torque : 2400 Nm

2.3.3 Baterai

a. Type : LiFePo (Lithium Ferro Phosphate)

b. Specification : 576V 450Ah

c. Capacity : 259.2 KWh

d. Total Weight : 2290 kg

2.4 Kerangka Pikir

Electrical compartment adalah bagian yang digunakan untuk menempatkan

komponen-komponen elelctric, didalamnya terdapat komponen seperti Baterai,

BMS (Baterai Management system), ECU, Inverter, Fuse Box, dan High Voltage

Control Box. Semua komponen tersebut berfungsi sebagai penunjang jalannya bus

listrik. Kerusakan pada komponen electric dapat terjadi karena banyak faktor, salah

satunya temperatur ekstrim. Temperatur tinggi saat beroperasi dapat menurunkan

daya tahan komponen, sehingga masa hidup komponen pada suhu lebih tinggi dari

suhu normal akan lebih kecil.

Oleh karena itu, electrical compartment pada bus listrik ini perlu dianalisis

aliran udaranya, sehingga dapat dimodifikasi untuk menemukan aliran udara

terbaik sehingga temperatur komponen-komponen electrical saat beroperasi tidak

29

ekstrim. Dengan suhu kerja yang tidak ekstrim, diharapkan komponen lebih tahan

lama dengan siklus hidup yang tinggi.

Computational Fluid Dynamics (CFD) merupakan program komputer

perangkat lunak untuk memprediksi dan menganalisis secara kuantitatif aliran

fluida, perpindahan panas, transpor fenomena dan reaksi kimia. CFD merupakan

analisis numerik dengan kontrol volume sebagai elemen dari integrasi persamaan-

persamaan, yang terdiri dari persamaan keseimbangan massa, momentum dan

energi. Pada penelitian ini menggunakan pendekatan CFD dengan menggunakan

AUTODESK CFD untuk menganalisis electrical compartment dan dibantu

menggunakan AUTODESK Inventor untuk mendesain pemodelan pada electrical

compartment.

Menggunakan pendekatan CFD dengan software AUTODESK CFD

Temperatur ekstrim pada electrical compartment saat beroperasi

Electrical compartmen pada bus listrik perlu di analisis

Analisis suhu dan aliran udara pada

electrical compartment dengan

pendekatan Computational Fluid

Dynamics (CFD) dengan Software

AUTODESK CFD

Gambar 2.8 Kerangka Pikir

30

BAB III

METODE PENELITIAN

Metode penelitian adalah suatu cara ilmiah untuk mendapatkan data yang

valid dengan tujuan dapat ditemukan, dikembangkan, dan dibuktikan suatu

pengetahuan tertentu sehingga pada gilirannya dapat digunakan untuk memahami,

memecahkan, dan mengantisipasi masalah. Penelitian dilaksanakan dengan

melakukan studi pustaka terhadap permasalahan pada pendinginan electrical

compartment untuk menghindari panas lebih (Overheating).

Ada dua kegiatan utama dalam tahapan ini yaitu 1) Mensimulasikan dan

menganalisa pendinginan electrical compartment yang sudah ada, dan 2)

mendesain saluran udara untuk menemukan desain model baru yang lebih optimal

serta dapat digunakan sebagai pendinginan pada electrical compartment di Bus

Listrik MAB.

3.1 Waktu dan Tempat Pelaksanaan

Waktu dan tempat penelitian direncanakan agar penelitian yang akan

dilaksanakan terjadwal dengan rapi dan dapat selesai dalam waktu yang telah

direncanakan. Waktu dan tempat yang direncanakan adalah sebagai berikut:

3.1.1 Waktu Penelitian

Penelitian ini akan dilaksanakan pada Semester Genap, tahun akademik

2018/2019. Rentang waktu pelaksanaan penelitian lapangan adalah bulan Agustus

tahun 2018 sampai bulan Mei tahun 2019.

31

3.1.2 Tempat Penelitian

Tempat pelaksanaan eksperimen Analisa aliran udara electrical compartment

bus MAB dilakukan di Design Engineering House PT. MAB yang beralamatkan di

Jalan Abdul Majid Raya No.45A Jakarta Selatan.

3.2 Desain Penelitian

Model rancangan menggunakan metode penelititan dan pengembangan atau

R&D (Research and Development). R&D merupakan metode penelitian yang

bertujuan untuk menghasilkan suatu produk. Produk yang akan dihasilkan dalam

penelitian ini ialah rancangan saluran udara untuk sistem pendinginan pada

electrical compartment di Bus Listrik MAB. Fungsi dari rancangan tersebut ialah

untuk mengarahkan sumber udara dari luar. Dengan adanya saluran udara ini

dimaksudkan agar sumber udara bisa terdistribusi secara terarah dan maksimal ke

electrical compartment, sehingga dapat menghindari dari overheating dan kinerja

komponen elektrik tetap aman.

Permodelan dilakukan untuk membantu mendapatkan rancangan saluran

udara yang akan dibuat agar dapat disesuaikan dengan konstruksi chasis dan body

Bus Listrik MAB. Rencana pemodelannya yaitu meliputi penambahan lubang-

lubang berupa sirip pada samping kanan body bus untuk jalan masuknya udara.

Desain penelitian dapat digambarkan pada sebuah diagram alir. Diagram alir

digunakan untuk memudahkan peneliti dalam melaksanakan dan memperjelas

tahapan-tahapan dalam penelitian. Berikut adalah diagram alir pelaksanaan

penelitian:

32

Gambar 3.1 Alur Penelitian

Studi Pendahuluan

Pembuatan Model Desain

Setting Parameter CFD

Standar Model 2 Model 1

Analisis Analisis Analisis

Kesimpulan

Mulai

Selesai

Pembahasan

33

3.2.1 Desain Variasi Electrical Compartment

Desain electrical compartmen digambar menggunakan software Autodesk

Inventor 2019, secara umum dimensi dari electrical compartment yang akan

diujikan dibuat sama, sedangkan untuk posisi lubang ventilasi dibuat

divariasikan beda setiap model yang akan dianalisis. Desain kemudian diimpor

kedalam geometri dalam software Autodesk CFD 2019 untuk dianalisis

dinamika fluidanya terutama pada perubahan suhunya.

1. Desain Standar

Ventilasi pada desain standar dibuat tertutup bagian samping kanan dan

kirinya, hanya terdapat lubang ventilasi dibagian belakang electrical

compartment. Sehingga electrical compartment sulit untuk mendapatkan

pasokan udara dari luar yang berguna untuk mendinginkan komponen electric.

Gambar 3.2 Desain Standar Electrical Compartment

34

2. Desain Variasi 1

Variasi lubang pada desain pertama ventilasinya dibuat menyilang

hanya ada pada sisi samping kanan dan ventilasi belakang hanya ada di

sebelah kiri, memungkinkan fluida bergerak merata mengenai semua

electrical component sehingga terhindar dari overheating.

Gambar 3.3 Desain Variasi 1

3. Desain Variasi 2

Variasi lubang ventilasi pada desain kedua dibuat aliran udaranya

masuk dari sisi sebelah kanan dan kiri kemudian keluar pada bagian

belakang electrical compartment, Sehingga memungkinkan panas lebih

banyak yang terbuang karena terdorong oleh udara segar yang masuk dari

sisi kanan dan kiri.

35

Gambar 3.4 Desain Variasi 2

3.2.2 Metode Pengujian

Tabel 3.1 Metode Pengujian

Komponen Suhu Electrical Compartment

Min. Maks. Rata-rata

Compartment

Baterai 1

Baterai 2

Baterai 3

Baterai 4

Baterai 5

Baterai 6

High Voltage

Control Box

BMS

Fuse Box

ECU

Inverter

Pada penelitian ini variabel terikat adalah kalor, maka yang paling diamati

pada pengujian melalui analisis CFD adalah suhu, sedangkan variabel lain hanya

sebagai pendukung hasil analisis. Penelitian dilakukan pada variasi kecepatan 25

km/h, 50 km/h, dan 70 km/h selama 2 jam.

36

3.3 Alat dan Bahan Penelitian

3.3.1 Alat Penelitian

Alat yang akan digunakan pada proses Analisa aliran udara electrical

compartment bus listrik PT.MAB adalah sebagai berikut:

a. Laptop dengan spesifikasi

Type Prosesor : Intel(R) Xeon(R) Silver 4112 CPU @ 2.60Ghz

Memory : 16384MB RAM

Direct X Version : DirectX 12

Display Memory : 12070 Mb NVIDIA Quadro P1000

b. Software Inventor Profesional 2019

Software sebagai alat yang membantu membuat gambar baterai

compartment beserta komponen-komponen nya dalam bentuk 3D.

c. Software Autodesk CFD 2019

Software sebagai alat yang membantu menganalisa aliran udara

electrical compartment pada bus listrik PT. MAB.

3.3.2 Bahan Penelitian

Bahan yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Aluminium 6061

Titik Cair : 660°C

Kekuatan Tarik : 12,6 kgf/mm

Berat Jenis : 2,70 g/cm³

Ekspansi Thermal : 13,1.10−

6 K

37

Konduktifitas Thermal : 25 N/m²

3.4 Parameter Penelitian

3.4.1 Suhu

Parameter suhu yang dimaksud adalah suhu udara sekitar ketika melakukan

pengetesan bus PT.MAB menuju Merak Banten yaitu 28 oC, 30 oC, 32 oC, 34 oC

dengan asumsi waktu 2 jam. Nilai suhu tersebut akan digunakan sebagai inputan

pada boundary condition di software CFD.

3.4.2 Kecepatan/Velocity

Kecepatan dijadikan parameter adalah kecepatan kendaraan ketika melaju

saat dilakukan pengetesan yaitu 25 km/h, 50 km/h, 70 km/h selama 2 jam, karena

erat kaitannya dengan parameter suhu, pada hasil analisis kecepatan akan

ditampilkan dalam sajian vector dan streamline.

3.4.3 Heat Generation

Heat generation (watt) adalah salah satu bentuk konversi energi menjadi

energi panas di dalam suatu padatan. Suhu padatan meningkat selama proses ini. 1

W (watt) merupakan satuan ukuran pembangkitan panas yang sama dengan atau

hingga 1,00 J / s (Joule per detik). Untuk menghitung jumlah panas yang dilepaskan,

gunakan persamaan:

Q = mc ΔT………………………………(2.7)

dimana:

Q = Energi panas yang ditransfer (Joule, J),

m = Massa suatu zat (kg)

c = Panas spesifik (J / g ∙ K)

38

ΔT = Perubahan suhu

Sumber panas tiap komponen dapat dihitung dengan hand calculation yang

menghasilkan nilai panas (total heat generation) sebagai berikut:

1. Baterai

Q = mcΔT

Q = 190.000 g x 0,465 J/gK x 9 K

Q = 795.150 J / 7.200 s

Q = 110,43 watt

2. BMS (Battery Management System)

Q = mcΔT

Q = 1.500 g x 0,465 J/gK x 11 K

Q = 7.672,5 J / 7.200 s

Q = 1,06 watt

3. Inverter

Q = mcΔT

Q = 15.000 g x 0,465 J/gK x 23 K

Q = 160.425 J / 7.200 s

Q = 22,28 watt

4. Fuse Box

Q = mcΔT

Q = 4.000 g x 0,465 J/gK x 14 K

Q = 26.040 J / 7.200 s

Q = 3,61 watt

39

5. High Voltage Control Box

Q = mcΔT

Q = 12.000 g x 0,465 J/gK x 13 K

Q = 72.540 J / 7.200 s

Q = 10,07 watt

6. ECU (Electronic Control Unit)

Q = mcΔT

Q = 1.500 g x 0,465 J/gK x 12 K

Q = 8.370 J / 7.200 s

Q = 1,16 watt

3.5 Teknik Pengumpulan Data

3.5.1 Referensi

Data yang diambil dengan melihat referensi dari berbagai sumber seperti

buku, jurnal, ataupun artikel yang berkaitan dengan topik penelitian untuk dijadikan

sebagai acuan dalam prosedur penelitian.

3.5.2 Pengujian Lab

Peneliti mengambil data dengan bantuan software CFD yang digunakan

untuk menganalisis model/desain uji sehingga diperoleh data pengujian yang

selanjutnya akan diolah menjadi kesimpulan penelitian.

3.6 Kalibrasi Instrumen

1. Pembuatan desain/model menggunakan software Inventor.

40

Gambar 3.5 Desain/Model pada Inventor.

2. Membuka software Autodesk CFD 2019 pada PC.

Gambar 3.6 Membuka Software CFD 2019.

41

3. Export desain/model dari Inventor ke software CFD.

Gambar 3.7 Export Desain/Model.

4. Menentukan inlet dan outlet model

Pada bagian geometry tools ada beberapa pilihan untuk menentukan

jenis bagian yang akan diaktifkan sesuai kebutuhan, terdiri dari volume,

edge, dan surface.

Gambar 3.8 Geometry Tools Untuk Mengaktifkan Bagian Desain

42

Untuk menentukan inlet dan outlet dengan menggunakan Void Fill,

kemudian pilih bagian yang akan diaktifkan.

5. Materials

Materials merupakan menu untuk mengatur jenis-jenis material

yang akan diujikan. Klik type → Pilih fluid → Klik name → Pilih Air →

Klik apply.

Gambar 3.9 Tampilan Materials

6. Mengatur Boundary Conditions

Gambar 3.10 Tampilan Boundary Conditions pada Inlet (Velocity)

43

Gambar 3.11 Tampilan Boundary Conditions pada Inlet (Temperature)

Klik pada surface inlet → klik type → pilih velocity/temperature → klik

unit → pilih km/h / Celcius → klik Time → pilih Transient → klik Time

Curve → pilih Piecewise Linear → Isi kolom pada Time Curve sesuai

dengan kecepatan/temperature dan waktu yang akan diteliti → klik OK →

klik Apply.

Gambar 3.12 Tampilan Boundary Conditions pada Total Heat Generation

44

Klik pada volume part → klik type → pilih total heat generation → klik unit

→ pilih W → klik time → pilih steady state → klik total heat generation →

masukan daya sesuai dengan spesifikasi tiap komponen → klik apply.

Gambar 3.13 Tampilan Boundary Conditions pada Outlet

Klik pada surface outlet → klik type → pilih pressure → klik unit → pilih Pa

→ Menentukan Pressure sesuai kebutuhan → klik apply.

7. Meshing

Klik Mesh Sizing→ Kemudian klik Autosize

Gambar 3.14 Tampilan Meshing.

45

8. Solving (Proses Pengujian)

Proses solving, yaitu proses menjalankan pengujian perangkat lunak

pada komputer atau proses simulasi dengan komputer. Pada proses solving

harus diperhatikan pesan-pesan yang timbul dari perangkat lunak, karena

pesan yang timbul dari perangkat lunak berupa informasi yang terjadi pada

proses solving agar simulasi berhasil.

Nantinya pada akhir processing akan menjelaskan tampilan hasil

simulasi dari perangkat lunak CFD. Hasil simulasi pada processing berupa

nilai distribusi temperatur yang terjadi pada electrical compartment.

Gambar 3.15 Tampilan Solving.

Mengatur Iterations to Run ke angka 777 (semakin banyak semakin presisi)

→ klik Physics → Centang Flow, Heat Transfer, Auto Forced Convection

dan Radiation → Untuk memulai proses pengujian klik Solve.

3.7 Teknik Analisis Data

Penelitian ini analisis data yang digunakan adalah metode statistika deskriptif.

Metode ini digunakan untuk menganalisis data dengan cara mendeskripsikan atau

46

menggambarkan data yang telah terkumpul setelah dilakukan uji analisis (simulasi)

selama penelitian. Data yang diperoleh berupa nilai temperatur yang terjadi pada

electrical compartment dengan 3 variasi desain yaitu desain standar, desain 1 dan

desain 2.

Data yang telah diperoleh selanjutnya akan disajikan dalam bentuk tabel,

kemudian akan dideskripsikan menjadi kalimat yang sederhana, mudah dipahami

serta ditarik simpulannya. Sehingga dengan adanya simpulan tersebut dapat

diketahui hasil yang efektif dari proses simulasi rancangan saluran udara dengan

bantuan software CFD (Computational Fluid Dynamics) 2019.

47

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Deskripsi Data

Deskripsi data dalam penelitian ini yaitu menggambarkan hasil simulasi dari

macam-macam variasi desain. Hasil simulasi tersebut akan ditunjukkan dalam 3

parameter, yaitu laju aliran massa, aliran panas pada electrical compartmet dan

streamline.

4.1.1 Laju Aliran Massa

Laju aliran massa merupakan suatu subtansi yang mengalir

persatuan waktu. Satuan untuk laju aliran massa adalah kg/s. Hasil pengujian yang

telah dilakukan peneliti pada masing-masing desain variasi lubang dengan

menggunakan analisis CFD untuk laju aliran massa ditunjukan dengan tabel.

Laju aliran massa/perubahan massa adalah jumlah yang mengalir setelah

melewati boundary/batas selama waktu tertentu atau jumlah massa yang masuk

dikurangi jumlah massa yang keluar (selisih), karena perubahan massa akan bernilai

0 jika aliran balanced. Nilai laju aliran massa positif menunjukkan fluida yang

keluar lebih banyak dibanding jumlah fluida yang masuk, sebaliknya jika nilai laju

aliran massa negatif menunjukkan jumlah fluida yang keluar setelah melewati

boundary/batas lebih sedikit dibanding fluida yang masuk.

1. Hasil Pengujian Desain Variasi 1

Tabel 4.1 Laju Aliran Desain Variasi 1

IN OUT

Mass Flow Rate 397,637 kg/s 398,478 kg/s

48

Tabel 4.1 menunjukkan nilai laju aliran massa di dalam sistem (electrical

compartment) dengan nilai -0.841 kg/s, sehingga dapat disimpulkan selama proses

analisis fluida yang keluar lebih sedikit dibandingkan jumlah fluida yang masuk.

2. Hasil Pengujian Desain Variasi 2

Tabel 4.2 Laju Aliran Desain Variasi 2

IN OUT

Mass Flow Rate 397,568 kg/s 397,765 kg/s

Tabel 4.2 menunjukkan nilai laju aliran massa di dalam sistem (electrical

compartment) dengan nilai -0.197 kg/s, dari analisis fluida tersebut dapat

disimpulkan jumlah fluida yang keluar lebih sedikit dibandingkan jumlah fluida

yang masuk, tetapi pada desain 2 aliran nya lebih mendekati angka 0 berarti fluida

yang masuk dan keluar lebih seimbang dibandingkan dengan desain 1.

4.1.2 Analisis Aliran Panas Pada Electrical Compartment

Perubahan warna pada desain yang telah dianalisis menunjukkan perubahan

tingkat panas pada komponen electrical comparment dimana warna merah

menunjukkan tingkat panas semakin tinggi sedangkan warna biru mengindikasikan

terjadi penurunan panas, dengan memvariasikan formasi lubang saluran udara

ternyata berpengaruh terhadap penyerapan panas/kalor dalam electrical

compartment, variasi lubang secara langsung dapat merubah kondisi aliran di dalam

sistem, perubahan aliran berpengaruh terhadap luas penampang (area yang terkena

panas) dan waktu (lama terkena panas) pada komponen electrical compartment.

49

1. Hasil Pengujian Desain Variasi 1

Gambar 4.1 Analisis Perpindahan Panas Desain 1

Hasil analisis pindahan panas pada desain 1 menunjukkan penyebaran panas

yang kurang teratur di dalam sistem, penyerapan panas di komponen electrical

compartment lebih kontras perubahan warnanya jika dibandingkan dengan desain

2, jika dilihat dari penyebaran panas di dalam sistem menunjukkan panas

terbuang/penurunan panas di dalam sistem lebih sedikit jika dibandingkan dengan

desain 2. Tingkat perubahan warna pada tiap bagian komponen menunjukkan

perbedaan nilai panas yang berbeda-beda, dimana warna merah mengindikasikan

panas yang lebih tinggi sedangkan warna biru mengindikasikan tingkat panas yang

lebih rendah.

Tabel 4.3 Perpindahan Panas Pada Desain 1

Komponen Suhu Electrical Compartment

Ket. Min. Maks. Rata-rata

Compartment 27.52°C 40.11°C 30.95°C

Baterai 1 36.00°C 37.55°C 37.46°C 1

50

Baterai 2 36.06°C 37.48°C 37.37°C 2

Baterai 3 33.40°C 36.20°C 35.84°C 3

Baterai 4 33.87°C 36.71°C 36.50°C 4

Baterai 5 33.83°C 36.61°C 36.39°C 5

Baterai 6 32.34°C 35.19°C 34.66°C 6

High Voltage

Control Box

30.17°C 30.60°C 30.56°C 7

BMS 28.59°C 28.66°C 28.63°C 8

Fuse Box 28.64°C 28.74°C 28.71°C 9

ECU 28.60°C 28.74°C 28.67°C 10

Inverter 28.87°C 29.16°C 29.11°C 11

Hasil pengujian pada desain variasi 1 menunjukkan pindahan panas fluida

yang kurang teratur, formasi lubang saluran udara yang kurang tepat posisinya

memungkinkan fluida terhambat atau bersirkulasi tidak beraturan mengenai

komponen, kondisi semacam ini dapat membuat fluida bersirkulasi lebih lama,

sehingga sulit untuk membuang udara panas yang dihasilkan oleh komponen

electrical compartment.

2. Hasil Pengujian Desain Variasi 2

Gambar 4.2 Analisis Perpindahan Panas Desain 2

51

Hasil analisis pindahan kalor pada desain variasi 2 menunjukkan

penyebaran kalor yang teratur di dalam sistem dan sedikit kontras perubahan

warnanya. Tingkat perubahan warna pada tiap bagian komponen menunjukkan

perbedaan nilai kalor yang berbeda-beda, dimana warna merah mengindikasikan

kalor yang lebih tinggi sedangkan warna biru mengindikasikan tingkat kalor yang

lebih rendah nilainya.

Tabel 4.4 Perpindahan Panas Pada Desain 2

Komponen Suhu Electrical Compartment

Ket. Min. Maks. Rata-rata

Compartment 27.57°C 35.98°C 29.82°C

Baterai 1 32.30°C 34.32°C 34.17°C 1

Baterai 2 32.66°C 33.91°C 33.69°C 2

Baterai 3 31.94°C 33.73°C 33.56°C 3

Baterai 4 31.52°C 33.66°C 33.38°C 4

Baterai 5 32.30°C 34.09°C 33.91°C 5

Baterai 6 31.52°C 33.83°C 33.60°C 6

High Voltage

Control Box

29.08°C 29.47°C 29.45°C 7

BMS 28.41°C 28.47°C 28.44°C 8

Fuse Box 28.45°C 28.54°C 28.51°C 9

ECU 28.44°C 28.56°C 28.50°C 10

Inverter 28.71°C 28.98°C 28.93°C 11

Hasil pengujian pada desain 2 menunjukkan pindahan panas fluida yang

lebih teratur, dengan kondisi perubahan warna yang tidak terlalu kontras

dibandingkan dengan desain 1 , hal tersebut bisa saja terjadi karena formasi lubang

saluran udara memungkinkan fluida bergerak mengenai seluruh komponen, hanya

saja menyebabkan fluida lebih singkat mengenai permukaan dari komponen-

komponen electrical, sehingga panas yang diserap oleh komponen kurang banyak.

52

4.1.3. Streamline (velocity)

Streamline adalah garis kontinyu yang ditarik pada suatu medan aliran,

dimana setiap titik pada garis itu menyatakan arah vektor kecepatan dari aliran.

Hasil penelitian menunjukkan aliran fluida sedikit terhambat, hal ini terjadi karena

terdapat komponen-komponen yang diletakkan di dalam electrical compartment.

1. Hasil Pengujian Desain Variasi 1

Gambar 4.3 Analisis Aliran Fluida di Dalam Desain 1

Analisis aliran dengan mengunakan streamline dapat menunjukkan

bagaimana kondisi aliran fluida di dalam sistem, jika diamati kondisi aliran fluida

pada desain satu menunjukkan fluida bergerak mengenai komponen lebih banyak.

53

2. Hasil Pengujian Desain Variasi 2

Gambar 4.4 Analisis Aliran Fluida di Dalam Desain 2

Analisis fluida menggunakkan streamline pada desain 2 menunjukkan

fluida bergerak merata keseluruh komponen, hal ini menunjukkan fluida bergerak

lancar jika dibandingkan dengan desain 1, dengan kondisi aliran fluida yang

bergerak secara merata akan mengakibatkan panas yang dihasilkan oleh komponen

terbuang dengan sempurna, pada aliran streamline menunjukkan fluida lebih

singkat mengenai komponen yang mengakibatkan jumlah panas yang terbuang

lebih sedikit jika dibandingkan desain satu yang memiliki aliran fluida yang sedikit

terhambat dengan fluida mengenai komponen lebih banyak.

4.2. Perbandingan Uji Standar

Pengujian desain standar dimaksudkan untuk studi perbandingan hasil

dengan desain 1 dan 2, pada pengujian standar hasil analisis disajikan dalam bentuk

contour dan tabel.

54

Gambar 4.5 Analisis Perpindahan Panas Desain Standar

Hasil analisis pindahan panas pada desain standar menunjukkan penyebaran

panas yang tidak teratur di dalam sistem, penyerapan panas di komponen electrical

compartment lebih ekstrim perubahan warnanya jika dibandingkan dengan desain

1 dan 2, jika dilihat dari penyebaran panas di dalam sistem menunjukkan panas

terbuang/penurunan panas di dalam sistem jauh lebih sedikit jika dibandingkan

dengan desain 1 dan 2. Tingkat perubahan warna pada tiap bagian komponen

menunjukkan perbedaan nilai panas yang berbeda-beda, dimana warna merah

mengindikasikan panas yang lebih tinggi sedangkan warna biru mengindikasikan

tingkat panas yang lebih rendah.

Tabel 4.5 Perpindahan Panas Pada Desain Standar

Komponen Suhu Electrical Compartment

Ket. Min. Maks. Rata-rata

Compartment 22.77°C 50.16°C 33.51°C

55

Baterai 1 41.36°C 45.36°C 45.08°C 1

Baterai 2 41.37°C 46.00°C 45.38°C 2

Baterai 3 43.10°C 46.93°C 46.75°C 3

Baterai 4 33.59°C 37.19°C 36.84°C 4

Baterai 5 34.51°C 37.20°C 36.83°C 5

Baterai 6 33.68°C 37.05°C 36.67°C 6

High Voltage

Control Box

30.35°C 31.21°C 30.87°C 7

BMS 29.28°C 29.50°C 29.40°C 8

Fuse Box 29.47°C 29.76°C 29.63°C 9

ECU 29.31°C 29.56°C 29.44°C 10

Inverter 29.57°C 30.01°C 29.90°C 11

Hasil pengujian pada desain standar menunjukkan pindahan panas fluida

yang tidak teratur, tidak adanya lubang saluran udara di samping body bus membuat

fluida tidak bisa mengalir membuang panas yang ditimbulkan oleh komponen

electrical compartment, kondisi semacam ini dapat membuat komponen

overheating.

Perbandingan desain 1 dengan desain standar dapat disimpulkan bahwa

desain 1 lebih baik menyerap panas, hal ini dapat dibuktikan pada indicator

perubahan warna pada masing-masing desain. Indikator warna pada desain 2

setelah dilakukan analisa jauh lebih baik kondisinya, namun jika dilihat secara

keseluruhan perubahan indikator warna perpindahan kalor pada desain standar lebih

kontras, sedangkan pada desain 1 menunjukkan warna yang lebih dominan dan

merata.

Pebandingan desain 2 dengan desain standar dapat disimpulkan bahwa

desain 2 jauh lebih baik membuang panas, hal ini dapat dibuktikan pada indikator

perubahan warna pada masing-masing desain. Indikator warna pada desain 2 pada

56

masing-masing komponen menunjukkan perubahan warna yang tidak kontras,

namun jika dilihat warna yang dihasilkan dan dibandingkan dengan desain standar,

desain 2 berdominan warna hijau yang berarti panasnya banyak yang terbuang.

4.3 Pembahasan

Berdasarkan kajian penelitian relevan dan penelitian yang dilakukan peneliti

menyimpulkan bahwa variasi lubang ventilasi udara pada electrical compartment

mempengaruhi suhu kerja (panas) tiap komponen electrical, dibuktikan dengan

perubahan suhu yang berbeda-beda antara masing-masing desain yang telah diuji.

Tujuan peneliti melakukan penelitian tersebut adalah untuk mencari desain yang

lebih baik membuang panas yang disebabkan oleh komponen electrical, dengan

merujuk penelitian yang dilakukan oleh Hisan, et al., (2016:4948) yang berjudul

“Perancangan Dan Realisasi Sistem Manajemen Termal Baterai Lithium Ion

Menggunakan Metode Pendinginan Semi Pasif”. Disitu dijelaskan bahwa baterai

adalah salah satu media penyimpan dan penyedia energi melalui reaksi kimia yang

fungsi kerja dan umurnya dipengaruhi oleh suhu. Saat suhu meningkat dapat

memberikan efek yaitu overcharge, short circuit, atau bahkan ledakan pada baterai.

Menurut penelitian yang dilakukan oleh Ahn, et al., (2009:1) yang berjudul

“Cooling System For Battery Pack”. Yaitu membahas tentang Sistem pendinginan

battery memiliki efek menghilangkan panas secara efektif yang dihasilkan dari

battery cells dengan memasok zat pendingin (refrigerant) ke battery cells pada laju

aliran yang konstan, dan meminimalkan perbedaan suhu battery cells selama proses

pendinginan. Hal ini bertujuan untuk mencegah penurunan kinerja battery cells

serta mencapai kontrol suhu optimal.

57

Perkembangan teknologi komputer digital yang sangat pesat telah

memberikan banyak manfaat bagi para engineer dalam proses desain dan analisis

engineering. Solusi yang cepat dan hemat biaya diperoleh dengan memanfaatkan

kemampuan komputer digital dalam perhitungan engineering yang kompleks.

CFD adalah cabang ilmu dari mekanika fluida yang menggunakan analisis

numerik dan data yang terstruktur untuk menganalisis dan memecahkan

problematika yang melibatkan aliran fluida, perpindahan panas ataupun reaksi

kimia menggunakan simulasi komputer. Computational Fluid Dynamics yang

disingkat CFD adalah metode yang menggunakan angka, algoritma dan bantuan

komputer untuk melakukan analisis perhitungannya. Misalnya, geometri CAD,

mesh komputasi, sifat material, kondisi batas dan lain-lain.

Menurut Firmansyah (2009:25) Manajemen thermal adalah bagian penting

dari proses desain kebanyakan perangkat elektronik. Manajemen thermal penting

baik pada tingkat komponen dan tingkat system yang memainkan peran penting

dalam perangkat kualitas, efisiensi, dan, di atas segalanya, its reliability.

Pengujian desain standar dimaksudkan untuk studi perbandingan hasil

dengan desain variasi (pengembangan) 1 dan 2. Melalui hasil pengujian inilah akan

diketahui desain mana yang dapat menghasilkan suhu paling rendah dan efisien

untuk menghindari overheating pada electrical compartment. Sehingga dengan

mengetahui hasil perbandingan tersebut, dapat kita jadikan acuan atau referensi

untuk proses pengembangan desain Bus Listrik MAB selanjutnya. Pada hasil akhir

pengujian laju aliran massa secara keseluruhan dari masing-masing desain sudah

menunjukkan nilainya. Setelah mengamati dan menganalisis untuk hasil yang

58

mendekati 0 dan alirannya balanced adalah desain variasi 2. Hal itu karena

perbedaan penggunaan desain body antara yang digunakan desain standar dengan

desain variasi 1 dan 2. Dapat disimpulkan bahwa penggunaan body yang

ditambahkan lubang-lubang mampu menghasilkan laju aliran massa yang stabil.

Kemudian jika diamati lagi mengapa hasil variasi 2 lebih baik dari pada variasi 1,

padahal menggunakan konstruksi body yang sama. Hal tersebut karena terdapat

lebih banyak lubang udara yang diterapkan pada desain 2. Perubahan warna pada

electrical compartment yang telah dianalisis menunjukkan perubahan temperatur

pada sistem, dimana warna merah menunjukkan tingkat panas semakin tinggi,

sedangkan warna biru mengindikasikan terjadi penurunan panas. Parameter utama

dalam penelitian ini adalah temperatur ruangan electrical compartment yang ingin

diketahui dari perbandingan desain lama/standar dengan beberapa macam variasi

desain.“Sistem pendinginan untuk baterai di dalam kendaraan tidak menggunakan

udara dari compartment penumpang kendaraan, melainkan mengambil udara

sekitar dari luar kendaraan” (Smith. et al., 2006:1). Pada perbandingan hasil analisis

desain ini disajikan dalam bentuk tabel yang ditunjukkan di bawah ini.

Tabel 4.6 Data Perbandingan Hasil Analisis

Variasi Desain Temperature Electrical Compartment

Min. Maks. Rata-rata

Standar 22.77°C 50.16°C 33.51°C

Variasi 1 27.52°C 40.11°C 30.95°C

Variasi 2 27.57°C 35.98°C 29.82°C

Berdasarkan data yang ditunjukkan pada Tabel 4.6 dapat diketahui untuk

nilai maksimal paling tinggi terjadi pada desain standar sebesar 50.16°C dan paling

59

rendah pada desain variasi 2 sebesar 35.98°C. Dapat kita simpulkan bahwa desain

variasi 2 mempunyai nilai distribusi temperatur yang paling bagus untuk

menghindari overheating, karena mampu membuang panas yang lebih baik jika

dibandingkan dengan desain lainnya. Secara keseluruhan, adanya lubang-lubang

atau ventilasi sebagai sumber masuknya udara sekitar yang diterapkan pada desain

variasi 1 dan 2 bisa kita terapkan untuk proses pengembangan Bus Listrik MAB

dengan jenis lowdeck yang selanjutnya.

4.3.1. Desain Variasi 1

Laju aliran massa pada desain variasi 1 menunjukkan aliran kurang seimbang

atau balanced antara fluida masuk dan keluar, dimana analisa mass flow rate

memperoleh hasil -0.841 kg/s tetapi kondisi aliran massa fluida masih dalam batas

yang wajar.

Penggunaan sirip-sirip pada body samping kanan bus sangat mempengaruhi

laju aliran massa fluida, pembuatan variasi lubang seperti pada desain 1 ternyata

menghasilkan aliran fluida yang lebih teratur jika dibandingkan dengan desain

standar, hal ini menguntungkan panas yang ada di komponen electrical tidak

kontras. Variasi lubang yang kurang tepat dapat menyebabkan aliran fluida tidak

efektif mengenai komponen. Variasi lubang udara dimaksudkan agar aliran fluida

bersirkulasi di dalam sistem lebih lancar ataupun lebih merata, sehingga panas yang

dihasilkan oleh komponen-komponen electrical lebih cepat terbuang,

memungkinkan terhindarnya komponen dari masalah overheating.

Perpindahan panas pada desain variasi 1 menunjukkan perubahan warna

yang kurang sempurna jika dibandingkan desain 2, jika dilihat dari gambar 4.1

60

menunjukkan kalor fluida yang terbuang pada setiap komponen lebih banyak jika

dibandingkan desain standar, hal itu bisa dilihat dari perubahan warna.

1. Kelebihan desain 1

Kondisi laju aliran massa yang lebih teratur pada desain 1 lebih baik jika

dibandingkan dengan desain standar. Fluida lebih lama mengenai komponen

sehingga panas yang diserap semakin banyak, hal ini dibuktikan dengan perubahan

warna yang tidak terlalu kontras pada pengujian kalor.

2. Kekurangan desain 1

Aliran fluida untuk membuang panas dari komponen kurang sempurna pada desain

variasi 1 jika dibandingkan dengan desain variasi 2, hal ini disebabkan sirkulasi

fluida yang kurang lancar dikarenakan sirip-sirip nya hanya ada di body kanan bus,

dengan kondisi demikian namun ternyata mampu mensirkulasikan fluida lebih

merata ke setiap komponen.

4.3.2. Desain Variasi 2

Laju aliran massa pada desain variasi 2 menunjukkan aliran yang lebih

seimbang atau balanced jika diamati dari hasil perhitungan mass flow rate nya,

dimana hasil mass flow rate menunjukkan -0.197 kg/s, sehingga laju aliran massa

pada desain variasi 2 mendekati balanced, hal itu menunjukkan kondisi (kecepatan,

tekanan, density) fluida masuk dan keluarnya hampir sama.

Penggunaan sirip-sirip lubang udara pada body kanan dan kiri bus sangat

mempengaruhi laju aliran massa fluida, pembuatan lubang udara dengan variasi

seperti pada desain 2 ternyata menghasilkan aliran fluida yang lebih stabil dan lebih

teratur jika dibandingkan dengan variasi lubang udara pada desain 1, hal ini

61

menyebabkan aliran fluida yang bergerak merata dan sirkulasinya lebih singkat,

sehingga panas yang terbuang lebih banyak. Variasi lubang udara yang kurang tepat

dapat menyebabkan aliran fluida tidak efektif mengenai komponen atau sebaliknya

aliran terhambat menyebabkan panas tidak terbuang sempurna. Variasi lubang

udara dimaksudkan agar aliran fluida bersirkulasi di dalam sistem lebih merata ke

setiap komponen. Perpindahan panas pada desain variasi 2 menunjukkan perubahan

warna yang lebih sempurna dibandingkan desain 1, jika dilihat dari Gambar 4.2

menunjukkan panas fluida yang terbuang pada setiap komponen lebih banyak jika

dibandingkan desain standar dan desain variasi 1, hal itu bisa dilihat dari perubahan

warna yang tidak kontras.

1. Kelebihan desain 2

Kondisi laju aliran massa yang lebih balanced pada desain 2 lebih baik jika

dibandingkan dengan desain 1, laju aliran massa lebih balanced karena formasi

lubang udara pada body bus lebih banyak sehingga fluida bergerak lebih lancar, hal

ini menguntungkan dari segi kecepatan perpindahan panas.

2. Kekurangan desain 2

Fluida pada desain 2 bersirkulasi lebih cepat jika dibandingkan desain 1,

menguntungkan dari sisi kecepatan pembuangan panasnya, hanya saja fluida

bergerak kurang merata mengenai komponen electrical, menyebabkan terdapat

beberapa komponen kurang mendapat suplai udara namun setelah di analisa panas

di setiap komponen pada desain 2 masih dalam batas wajar dan tidak berpotensi

overheating.

62

BAB V

PENUTUP

5.1 Simpulan

Setelah melakukan penelitian analisis aliran panas pada electrical

compartment bus listrik menggunakan software CFD menyimpulkan bahwa:

1. Hasil simulasi CFD (Computational Fluid Dynamics) mampu memperlihatkan

distribusi temperatur yang terjadi pada rancangan saluran udara. Pada pengujian

desain variasi 1, 2 dan standar menyimpulkan bahwa desain variasi 2

menunjukkan hasil distribusi temperatur yang paling baik, karena mampu

membuang panas yang lebih baik jika dibandingkan dengan desain lainnya.

Berdasarkan data perbandingan hasil analisis, dapat diketahui untuk nilai

maksimal paling tinggi terjadi pada desain standar sebesar 50,16 oC dan paling

rendah pada desain variasi 2 sebesar 35,98 oC.

2. Rancangan saluran udara dengan menyesuaikan konstruksi bus jenis low deck

sudah diujikan dalam 3 macam variasi. Dari ketiga desain tersebut, desain variasi

2 adalah desain yang mempunyai hasil paling baik. Hal itu karena pada desain

variasi 2 terdapat adanya penambahan sirip-sirip pada samping kanan dan kiri

serta lubang-lubang pada belakang kanan dan kiri body bus sebagai sumber

masuknya udara sekitar. Sehingga dapat kita simpulkan bahwa adanya optimasi

pada body bus mampu mendinginkan electrical compartment dan dapat

menghindari dari overheating.

63

5.2 Saran

Variasi lubang saluran udara lebih diutamakan mampu membuang panas

dengan baik, untuk itu PT. MAB sebaiknya menggunakan desain electrical

compartment variasi 2 pada pembuatan bus berikutnya. Kemudian peneliti

selanjutnya diharapkan dapat menemukan variasi lubang yang dapat membuang

panas lebih baik dan dapat mensirkulasikan fluida lebih merata sehingga komponen

electrical terhindar dari overheating. Penelitian ini dapat dijadikan sebagai rujukan

atau acuan penelitian selanjutnya.

.

64

DAFTAR PUSTAKA

Afif, M.T., dan I.A. Pratiwi. 2015. Analisis Perbandingan Baterai Lithium-Ion,

Lithium-Polymer, Lead Acid dan Nickel-Metal Hydride pada Penggunaan

Mobil Listrik – Review. Jurnal Rekayasa Mesin 6(2): 95-99.

Ahn, J., H. Woo, D.Y. Jung, and J.E. Namgoong. 2009. Cooling System For Battery

Pack. United States Patent : US 7,560,190 B2.

Al-Kindi, H., Y.A. Purwanto, dan D. Wulandani. 2015. Analisis CFD Aliran Udara

Panas pada Pengering Tipe Rak dengan Sumber Energi Gas Buang. Jurnal

Keteknikan Pertanian 3(1): 9-16.

Anisum., N. Bintoro, dan S. Goenadi. 2016. Analisis Distribusi Suhu dan

Kelembapan Udara Dalam Rumah Jamur Menggunakan CFD. Jurnal

Agritech 36(1): 64-70.

Cengel, A.Y. 2008. Heat Transfer A Practical Approach second edition. USA:

McGraw-Hill.

Chang, C.C., S.C. Kuo, C.K. Huang, and S.L. Chen. 2009. The Investigation of

Motor Cooling Performance. International Journal of Mechanical,

Industrial and Aerospace Engineering 3(1) : 43-49.

Farizy, A.F., D.A. Asfani, dan Soedibjo. 2016. Desain Sistem Monitoring State of

Charge Baterai pada Charging Station Mobil Listrik Berbasis Fuzzy Logic

Dengan Mempertimbangkan Temperature. Jurnal Teknik ITS 5(2): 278-

282.

Firmansyah, B. 2009. Analisis Perpindahan Panas Pada Pendingin CPU Dengan

Menggunakan Metode Elemen Hingga. Jurnal Rekayasa Mesin 9(2): 25-

29.

Haryadi. dan A. Mahmudi. 2012. Buku Bahan Ajar Perpindahan Panas. Bandung:

Politeknik Negeri Bandung.

Heng, R.G., and Z.M. Razlan. 2015. Review of the Most Recent Literature on the

Lithium-ion Polymer Battery for Electric Car. International Journal of

Emerging Technology and Advanced Engineering 5(1): 30-35.

65

Hisan, A., I.P. Handayani, dan R.F. Iskandar. 2016. Perancangan dan Realisasi

Sistem Manajemen Termal Baterai Lithium Ion Menggunakan Metode

Pendinginan Semi-Pasif. Jurnal Teknik Fisika Universitas Telkom 3(3):

4948-4955.

Ihsan, S. 2018. Analisis Bentuk Aliran Pada Kondensor Tipe Shell Dan Tube

Menggunakan Simulasi CFD (Computational Fluid Dynamics). Jurnal

JIEOM 1(1): 19-22.

Irawan, R. B. 2006. Pengaruh Katalis Tembaga Dan Krom Terhadap Emisi Gas

Carbon Monoksida Dan Hidro Carbon Pada Kendaraan Motor Bensin.

TRAKSI 4(1): 32–41.

Khuriati, A. 2007. Buku Ajar Thermodinamika. Semarang: UNDIP.

Kim, G.H., and A. Pesaran. 2007. Battery Thermal Management Design Modeling.

The World Electric Vehicle Association Journal 1: 126-133.

Moreno, J., M.E. Ortuzar, and J.W. Dixon. 2006. Energy-Management System for

a Hybrid Electric Vehicle, Using Ultracapacitors and Neural Networks.

Transactions On Industrial Electronics 53(2): 614-623.

Olson, R.M., dan S.J. Wright. Dasar-Dasar Mekanika Fluida Teknik. 5th ed.

Jakarta: PT Gramedia Pustaka Utama.

Rizzoni, G., L. Guzzela, and M. Baumann. 1999. Unified Modeling of Hybrid

Electric Vehicle Drivetrains. ASME Transactions On Mechatronics 4(3):

246-257.

Rochman, S., dan B.P. Sembodo. 2014. Rancang Bangun Alat Kontrol Pengisian

Aki Untuk Mobil Listrik Menggunakan Energi Sel Surya Dengan Metode

Sequensial. Jurnal Teknik WAKTU 12(2): 61-66.

Sasongko. 2014. Emisi Gas Buang dan Permasalahannya. VEDC Malang :

Otomotif. http:/www.vedcmalang.com/pppptkboemlg/index.php/baru/47-

otomotif/999-sasongko1?tmpl=component&print=1&page=. 18 July 2019

(21:22).

Shaw, C.T. 1992. Using Computational Fluid Dynamics. New Jersey: Prentice

Hall.

66

Smith, M., H. Wijaya, J. Mathews, R. Madhavan, P.D. Maguire, and J. Castellano.

2006. Cooling System For a Vehicle Battery. United States Patent : US

7,025,159 B2.

Versteeg, H.K., dan Malalasekera, W. 2007. An Introduction to Computational

Fluid Dynamics The Finite Volume Method. 2nd ed. England: Pearson

Education Limited.

Xia, B., and D.W. Sun. 2002. Applications of Computational Fluid Dynamics

(CFD) in The Food Industry: A Preview. Journal Computers and

Electronics in Agriculture 34: 5-24.

67

LAMPIRAN

Lampiran 1. Surat Tugas Dosen Pembimbing

68

Lampiran 2. Surat Tugas Dosen Penguji

69

Lampiran 3. Drawing Electrical Compartment Desain Standar

70

Lampiran 4. Drawing Electrical Compartment Desain 1

71

Lampiran 5. Drawing Electrical Compartment Desain 2

72

Lampiran 6. Electrical Compartment Bus Prototype 2 PT. MAB

73

Lampiran 7. Tempat Penelitian

Lampiran 8. Dokumentasi Penelitian